第1章绪论修改

教材：《通信原理》，樊昌信，国防工业出版社本教材有一定深度，自学有一定难度，同学们可以结合其它参考书来学习。推荐参考书：《现代通信原理及应用》，苗长云等编著，电子工业出版社《现代通信原理》，沈葆锁，国防工业出版社《现代通信原理习题指南》，配套习题前言课时安排：理论课（64）实验（1周）每周一、三、四：上理论课第11周开始上实验课上课地点、时间：每周一3、4（10:00~11:50）九教510每周三7、8节（16:30~18:20）九教510每周四9、10节（7:30~9:20）九教312答疑地点：学院办公室（二楼）关于本课程的基础知识和学习方法基础知识：《电子电路基础》基本知识《概率论》的基本知识《信号与系统》中的付利叶变换学习方法：不准备考研的同学：侧重于基本原理和公式的应用；考研的同学：不仅要会用，还要知道来龙去脉；报考不同学校的研究生要看不同的参考书，因为侧重点和难度差别较大。第一章绪论主要内容§1.1通信的基本概念§1.2通信系统的组成§1.3通信系统分类及通信方式§1.4信息及其度量§1.5通信系统的主要性能指标重点为§1.4和§1.5

烽火台（theBeaconTower）

烽火台又称烽燧，俗称烽堠、烟墩，古时用于点燃烟火传递重要消息的高台，系古代重要军事防御设施，最古老但行之有效的土电报。遇有敌情发生，则白天施烟，夜间点火，台台相连，传递讯息。原始的通讯方式:击鼓传令,会“说话”的旗子,狼烟滚滚报军情,风筝传讯,天灯,鸽子传讯;马拉松赛跑的由来;电报:莫尔斯电码。组成电报的最基本的结构是长短不同的两个信号：短的是点（·），通常叫“嘀”，长的是划（—），通常叫“嗒”，一划的长度等于三点。如字母A的电码是“·—”，B的电码是“—···”，数字1为“·—-”，2为“··—-”等等。在中文电报中，用四个阿拉伯数字编成一组表示一个汉字，如用0022代表“中”，948代表“国”字等等。现代通信方式:

光纤通信，微波通信，卫星通信，移动通信，图像通信，计算机通信等1.1通信的基本概念通信的几种定义（1）通信的通俗定义：一点向另一点传递消息的过程（2）通信的专业定义：利用电（或光）信号的某一个或几个参数（如振幅、频率等）的变化承载信息，在特定物理媒介（称“信道”）中传输、交换和处理的过程。（3）数字通信的本质定义（引用美国数学家和信息论创始人Shannon的话）：通信是在一点尽力恢复另一点“选择”的过程第一章绪论第一章绪论1.1通信的基本概念通信的目的：传递消息中所包含的信息。消息：是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。信息：是消息中包含的有效内容。实现通信的方式和手段：非电的：如旌旗、消息树、烽火台…电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等。第一章绪论电信发明史1837年：莫尔斯发明有线电报1876年：贝尔发明有线电话1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世1936年：商业电视广播开播 ……………后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”，包括光通信，因为光也是一种电磁波。在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。第一章绪论1.2通信系统的组成1.2.1通信系统的一般模型信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。第一章绪论接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。第一章绪论1.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟信号和数字信号模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：

(a)话音信号(b)抽样信号图1-2模拟信号第一章绪论数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。

(a)二进制信号(b)2PSK信号图1-3数字信号通信系统的一般模型

如下图所示：信源在本书中，特指将原始信息转换成电信号的设备，如麦克风等发送设备信道噪声源接收设备信宿如调制器、功率放大器、天线等如双绞线、光纤、同轴电缆等。注意：自由空间也是一种信道是一种随机信号，对通信有害，但不可避免。与是发送设备处理的“逆过程”在本书中，特指将电信号还原成原始信息的设备，如扬声器等通信系统分为：模拟通信系统和数字通信系统2大类第一章绪论模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统：两种变换： 模拟消息原始电信号（基带信号） 基带信号已调信号（带通信号）图1-4模拟通信系统模型模拟通信系统模型如下图所示（以调幅/AM广播为例）：模拟信源调制器信道噪声源解调器信宿人的语音频率在300Hz到4000Hz之间，无法通过天线发射出去从这个过程中我们可以知道，实际上，模型中的调制解调器中都包含了放大功能数字通信系统模型数字通信系统又可分为数字基带通信系统（用以传输数字基带信号）数字频带通信系统（又称“数字调制通信系统”，用以传输数字频带信号）那么，什么是“数字基带信号”？什么是“数字频带信号”呢？补充知识：基带信号与频带信号基带信号：很多信源输出的信号，含有丰富的低频成分，即，其频谱在低频附近（例如我们说的语音在300~4kHz，再例如数字电路输出的TTL信号）。这些信号我们统称为基带信号频带信号：将基带信号从低频段调制到高频段后的信号（又称“已调信号/已调波”）1、数字基带通信系统模型模型如下图所示其原理将在第7章详细介绍，此处知道即可例如局域网通信、USB串口通信都属于这一类2、数字频带通信系统模型信源可能是模拟信源（如麦克风），也可能是数字信源（如计算机）信源编码如果信源是数字信源，主要对其压缩、加密等；如果是信源是模拟信源，则先进行A/D变换再进行压缩、加密信道编码主要功能是检错和纠错，将在第12章详细介绍。主要目的是为了保证通信的可靠性数字调制与模拟调制的作用是类似的：都是为了使通信传输的信息更远、更多、更抗干扰，将在第8章详细介绍信道噪声源数字解调信道译码信源译码信宿是发送端处理的“逆过程”，不再赘述随着通信技术的飞速发展，信道编码与数字调制有融合的趋势第一章绪论数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力加密与解密目的：保证所传信息的安全数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致图1-5数字通信系统模型第一章绪论1.2.3数字通信的特点优点抗干扰能力强，且噪声不积累传输差错可控便于处理、变换、存储便于将来自不同信源的信号综合到一起传输易于集成，使通信设备微型化，重量轻易于加密处理，且保密性好缺点：需要较大的传输带宽对同步要求高1.3通信系统的分类及通信方式§1.3.1通信系统的分类按信道传输的信号种类来分按传输的媒介种类来分按信号是否经过调制模拟通信系统数字通信系统有线通信系统无线通信系统基带通信系统频带（调制）通信系统根据实际情况来确定（如传输距离）1.3.1通信系统的分类（续）按通信系统承载的业务种类分电报通信系统电话通信系统数据通信系统图像通信系统等Service按复用的方式分频分复用（FDM）通信系统时分复用（TDM）通信系统码分复用（CDM）通信系统在11章将详细介绍这些复用方式并不互相排斥，可能同时使用在一个通信系统中，例如在TD-SCDMA中就同时使用了TDM和CDM1.3.2通信的方式1、按信息传输的方向与时间关系划分通信方式分：1.3.2通信的方式（续）2、按数字信号码元排列方式划分通信方式如打印机与计算机之间如USB、RS-232等优点：节省传输时间，速度快：不需要字符同步措施。缺点：需要n条通信线路，成本高优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用。缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施1.3.2通信的方式（续）3、按照网络结构划分通信方式点对点通信网通信第一章绪论1.4信息及其度量信息：是消息中包含的有效内容如何度量离散消息中所含的信息量?度量信息量的原则能度量任何消息，并与消息的种类无关。度量方法应该与消息的重要程度无关。消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关 【例】“某客机坠毁”这条消息比“今天下雨”这条消息包含有更多的信息。 上例表明：消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。

第一章绪论度量信息量的方法事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述： 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。设：P(x)－消息发生的概率， I－消息中所含的信息量，则P(x)和I之间应该有如下关系：I是P(x)的函数：I＝I[P(x)]P(x)，I；P(x)

，I；

P(x)=1时，I＝0；P(x)=0时，I＝；

满足上述3条件的关系式如下： －信息量的定义第一章绪论上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b

若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。通常广泛使用的单位为比特，这时有 (b)【例】设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字“0”或“1”，则信源每个输出的信息含量为在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特第一章绪论若有M个等概率波形（P=1/M），且每一个波形的出现是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为若M是2的整幂次，即M=2k，则有 当M=4时，即4进制波形，I=2比特， 当M=8时，即8进制波形，I=3比特。第一章绪论对于非等概率情况 设：一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符号xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)独立出现，即 且有 则x1,x2,

x3,…,

xM所包含的信息量分别为 于是，每个符号所含平均信息量为 由于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵

第一章绪论【例1】一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。【解】此消息中，“0”出现23次，“1”出现14次，“2”出现13次，“3”出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量

每个符号的算术平均信息量为

第一章绪论若用熵的概念来计算：则该消息的信息量

以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处理方法不同。前一种按算数平均的方法，结果可能存在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而减小。 当消息序列较长时，用熵的概念计算更为方便。第一章绪论连续消息的信息量关于连续消息的信息量可以用概率密度函数来描述。可以证明，连续消息的平均信息量为式中，f(x)－连续消息出现的概率密度。第一章绪论1.5通信系统主要性能指标通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。二者是“对立统一”体例